考慮不確定性的激光切割機床主體機構多目標可靠性優(yōu)化設計.pdf

1、并聯(lián)機構在設計、制造、使用過程中存在著不確定性因素的影響，在忽視不確定性因素影響的多目標優(yōu)化過程中，不確定性因素會在多個目標函數(shù)間傳播累積，最終使得并聯(lián)機構的需求性能產(chǎn)生波動，可靠性降低。因此，為了滿足實際工程中對并聯(lián)機構可靠性的要求，需將考慮不確定性的可靠性優(yōu)化設計引入到并聯(lián)機構的多目標優(yōu)化設計中。本文以并聯(lián)機構在激光切割機床主體機構方面的應用為例，將考慮不確定性的可靠性優(yōu)化設計引入到激光切割機床主體機構的多目標優(yōu)化設計中，以此提高激

2、光切割機床的精度和可靠性。主要研究內容如下：
　?。?）為了將并聯(lián)機構優(yōu)勢與激光切割機床向著高速、精密的發(fā)展趨勢相結合，本文以豎式3-PUU并聯(lián)機構作為激光切割機床主體機構。對3-PUU并聯(lián)機構進行運動學和動力學理論分析。包括互易螺旋理論為基礎的運動特征分析，通過幾何約束方程求得機構位置方程，采用三維極坐標搜索法得到該機構的工作空間圖。以虛設機構法求得并聯(lián)機構的Jacobian矩陣和Hessian矩陣，基于影響系數(shù)法對3-PUU并

3、聯(lián)機構進行運動學分析，通過牛頓-歐拉法建立3-PUU并聯(lián)機構的逆動力學模型。
　?。?）為了保證并聯(lián)機構運動學和動力學理論分析的正確性，利用Matlab數(shù)值計算和Adams虛擬建模進行聯(lián)合仿真，兩種仿真形式所得曲線相吻合，保證了運動學和動力學理論分析的正確性和仿真結果的可靠性，同時驗證了3-PUU并聯(lián)機構用作激光切割機床主體機構的適用性，為性能指標的建立提供了正確的理論基礎。
　?。?）為了提高并聯(lián)機構的整體性能，對其開展多

4、目標優(yōu)化研究。根據(jù)3-PUU并聯(lián)機構的服役環(huán)境和性能需求，以工作空間、速度全域性能、加速度全域性能、慣性力全域性能等方面性能指標為目標函數(shù)，構建多目標優(yōu)化數(shù)學模型。采用基于Isight的第二代非劣排序遺傳算法（NSGA-II）對設計空間進行Pareto搜索，平衡各性能的實際需求，在可行性設計點中選取最優(yōu) Pareto解，使得機構整體性能最優(yōu)。
　　（4）為了保證并聯(lián)機構的可靠性要求，采用基于Isight的6 Sigma優(yōu)化的方式來

5、管理3-PUU并聯(lián)機構中隨機不確定性因素。首先運用概率論的方法分析量化不確定性因素，并建立考慮不確定性的多目標優(yōu)化模型。然后在多目標優(yōu)化的基礎上，基于Isight對并聯(lián)機構進行6 Sigma優(yōu)化。最后通過可靠性分析對比6 Sigma優(yōu)化前后需求性能的可靠度，經(jīng)過對比可以得到6 Sigma優(yōu)化所得優(yōu)化結果更加可靠，更切合實際工程需求。
　　本課題的研究不僅能夠促進激光加工技術的發(fā)展，而且能夠彌補并聯(lián)機構傳統(tǒng)優(yōu)化設計中忽視不確定性因素